利用超声波成像细菌体内:声学报告基因

了解细菌在宿主体内的位置通常是了解它们在健康和疾病中的作用的关键。为了观察细菌的活动，研究人员开发了在活的有机体内使用荧光团和荧光素酶实时跟踪细菌的细菌报告器，但每一种报告器都有其缺点。声学报告基因(ARGs)通过使用可被检测到的囊泡报告器来克服这些限制廉价且广泛使用的成像平台:超声波。

的挑战在活的有机体内现有细菌报告的影像

• 信号/成像深度有限:荧光报告不太适合对身体深处的器官成像，比如胃肠道。
  
  
• 需要底物给药:一些荧光素酶报告剂，如Renilla荧光素酶(RLuc)或NanoLuc，需要注射底物来产生生物发光。因此，基质药代动力学和生物分布在试图解释这些信号时引入了额外的混杂因素。
  
  
• 缺乏解剖背景/空间定位:在活的有机体内用荧光或生物荧光报告器成像通常只能检测到报告器的信号，而不能确定信号来自什么组织或器官。

声学报告基因(ARGs)

声学报告基因(ARGs)是一种基因簇，编码形成细菌囊泡的蛋白质。这些长约200nm的囊泡内部中空，蛋白质外壳不含水分，但可透气。这些囊泡主要被生活在水中的光合细菌和古细菌用来调节它们的浮力。

的夏皮罗实验室最近发现，在超声成像中，气泡也会散射声波，从而产生信号。超声是一个很有吸引力的成像平台在活的有机体内成像实验是因为超声波设备价格低廉，广泛使用，并且具有深层组织穿透能力和高空间分辨率。

通过将来自两种不同细菌的囊泡操纵子的基因拼接在一起，Bourdeau等人创建了两种优化的表达结构大肠杆菌:听觉基因1 (__arg1)及听觉基因2 (最长）.两者的关键区别__arg1和最长囊泡是使其破裂所需的声波压力:最长小泡在低于__arg1囊泡。塌陷后，超声看不到囊泡，这使得分化成为可能__arg1和最长超声波信号。这也意味着多路复用是可能的，如果细菌依次暴露在具有足够高的振幅的声脉冲第一次崩溃最长然后__arg1囊泡。通过对塌陷前和塌陷后超声图像的比较最长然后__arg1，每个ARG的不同超声指纹都可以被检测到。Bourdeau等人称这种方法为“声塌缩”。重要的是，声塌塌并不影响细菌的生存能力，并且在声塌塌后20小时的生长中大肠杆菌再次使用__arg1并恢复他们的超声信号。

使用声学报告基因在活的有机体内成像

后在体外Bourdeau等人进行了一个概念验证实验，展示了ARG最令人兴奋的应用:在活的有机体内成像。具体地说,__arg1表达大肠杆菌辅助小鼠胃肠道的超声成像。的大肠杆菌Nissle 197 (ECN)菌株被用于这些实验，因为它是一种益生菌菌株，可以在哺乳动物肠道内定植，并已被用于临床治疗肠道感染和炎症性肠病100年。在这些实验中,__arg1将表达ECN的小鼠结肠注射，超声成像，并与表达ECN的小鼠进行对比勒克斯．__arg1和勒克斯记者们都能看到细菌，但是勒克斯影像显示，细菌只局限在老鼠腹部的某个地方。__arg1然而，信号可以叠加到解剖超声成像上，以显示细菌在内脏器官中的位置。的检测限__arg1ECN为10⁹cell /ml，其范围为~ 10¹¹人类粪便中每克共生细菌的数量。Bourdaeu等人也使用__arg1来在活的有机体内图像tumour-homing美国沙门氏菌感染应变ELH1301．

Bourdaeu等人认为这只是ARG开发的开始，他们已经开发了一种用于系列声学崩溃的高通量筛选方法，以帮助开发具有新的声学表型的ARG结构。想开始使用声学记者在你的研究吗?__arg1和最长质粒可从Addgene!

参考文献

1 Bourdeau, r.w.， Lee-Gosselin, A.， Lakshmanan, A.， Farhadi, A.， Kumar, s.r.， Nety, s.p.， & Shapiro, M.G.(2018)。哺乳动物宿主中微生物无创成像的声学报告基因。自然,553, 86 - 90。PubMedPMID:29300010．

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